国内外甘薯移栽技术装备研究现状及展望

甘薯是重要的粮食作物,是工业原料和新能源作物,而我国是世界上最大的甘薯生产国。甘薯种植农艺以裸苗移栽为主,对移栽姿态要求较高,现阶段我国甘薯移栽机械化水平相对于主粮作物相对较低,生产中大多通过人工栽插完成移栽作业,人工生产成本高、劳动强度大,已成为阻碍我国甘薯高质高效发展的主要技术瓶颈。为此,对国外和国内在甘薯机械化移栽领域开展的技术研究和已有生产装备的作业原理进行了分析,对我国在甘薯机械化移栽相关技术研究和装备研发方面存在的问题进行了探讨,并就我国甘薯移栽技术装备的未来发展方向提出相关建议,旨在为我国甘薯移栽技术装备的研究和推广提供一定的参考,促进我国甘薯移栽机械化的发展。

玉米精量播种区段控制技术研究现状

简述了玉米精量播种区段控制技术的重要意义,指出精量播种区段控制技术是节约良种、提高产量的有效手段,是实现玉米播种节种减损的重要途径。概述了区段控制的发展历程,基于区段控制流程将玉米精量播种区段控制技术分解为种子着床定位、位置关系判断、排种启停控制等3个过程,并介绍了3个过程的主要研究内容和研究历程。综合国内外研究,指出了目前区段控制技术面临的主要技术难点,并结合我国当前玉米播种情况,展望了我国玉米精量播种区段控制技术的发展趋势。

双轨道弹射式水稻精量直播排种器设计与试验

针对现有排种器存在投种不顺及大播量成穴性较差等问题,本文设计了一种双轨道弹射式水稻精量直播排种器。基于理论分析设计了关键部件,利用DEM-MBD耦合仿真技术得到了弹簧力参数及因素取值范围,明确了转速超过35 r/min后排种器的性能显著下降。以合格率、漏播率及重播率为性能评价指标开展台架正交试验,研究转速、调节深度及稻种球度对排种器工作性能的影响,建立排种性能评价指标的回归预测模型。试验结果表明:排种轮转速为23.06 r/min、型孔深度为8.99 mm、稻种球度为52.7%时,排种器合格率为88.58%、漏播率为4.43%、重播率为6.99%,排种器工作性能最佳。为验证排种器工作性能及优化后参数的准确性,开展了田间试验,试验结果与优化后结果保持一致,回归方程预测结果误差小于2%,验证了试验可行性及参数准确性,在最优参数下排种器穴径合格率为100%、平均穴径为3.62 cm、穴径变异系数为18.45%、平均穴距为22.98 cm、穴距变异系数为8.43%、平均穴粒数为11.08、穴粒数变异系数为17.56%。所设计的排种器具有较好的播种性能、较高的穴径合格率及较低的变异系数,表明该排种器具有良好的成穴性能。

草地振动式间隔松土机设计与试验

针对我国草原长期过载放牧,造成土壤板结严重,导致草原退化的问题,设计了9ST-460型草地振动式间隔松土机。该机采用间隔配置的梯形框架式松土部件,利用曲轴连杆机构产生的向上激振力,对通过松土部件的土壤进行强制振动疏松,实现了在不破坏草原植被的条件下,对高坚实度草原土壤的松土作业。田间试验表明:机具在前进速度1 m/s、振动频率10.0 Hz情况下,作业稳定,松土效果明显。经检测,松土平均深度20.01 cm,松土比43.4%,植被破坏率1.6%,生产率0.85 hm2/h,达到了技术要求。作业后土壤容积密度和坚实度平均降低了30.0%和48.8%,可以获得适合牧草生长的虚实并存的耕作层,提高了土壤的蓄水保墒能力,天然草地和人工草地牧草产量分别增产73.99%和68.65%。

1KY-40型液压驱动农田水渠开沟机设计与试验

针对我国缺乏农田水渠开沟专用装备的现状,设计了1KY-40型液压驱动农田水渠开沟机。该设备采用牵引式结构,开沟作业的动力由独立的液压系统提供,利用液压马达带动开沟刀盘旋转,开沟刀盘能同时实现切土和抛土的功能,开挖出梯形截面水渠。同时,设备集成了GPS拖拉机自动导航系统,提高了开沟直线度。田间试验结果表明,在土壤含水率15.8%,土壤坚实度0.31 MPa情况下,样机作业速度能够达到0.12 m/s,开沟深度407 mm,梯形断面的沟面宽度984 mm,沟底宽度305 mm,开沟深度稳定性可以达到97.1%,在使用拖拉机GPS自动导航的情况下,开沟最大直线偏差能控制在90 mm以内,机具能够稳定地一次性开挖梯形断面水渠,设备在北京、江苏、黑龙江等地开展了田间试验,均能在当地土壤条件下完成梯形截面水渠的开沟作业。

基于组合式排种辊的穴盘播种机的设计与机理分析

穴盘精密播种设备主要用于实现穴盘精密播种,是设施播种育苗环节的关键设备,可以减轻播种作业的劳动强度,提高播种效率。针对现有圆辊型孔式穴盘播种机的排种辊更换不方便、适应性差的问题,为满足丸粒化蔬菜种子精密播种的需要,设计了一种基于组合式排种辊的穴盘播种机。该机采用可拆卸排种辊的结构形式,排种辊采用排种盘分体组合式,由独立的排种盘组合而成,针对常用的50穴、72穴、128穴标准育苗盘设计了组合排种辊,不同育苗盘的播种作业只需要更换相应的排种盘,实现一机多用,并通过对排种盘清种和护种过程进行运动和受力分析,为播种机的完善设计与试验提供理论支撑。

穴孔式水稻排种器投种过程分析

在水稻工厂化穴盘育秧播种过程中,排种器的投种过程是影响播种性能的最后环节,为满足排种器播种性能要求,对投种过程中种子运动规律、投种机理等进行了理论分析。把投种过程分为及时投种、延迟投种和强制投种过程,推导出每个过程中排种器各参数与穴盘运动速度间的关系式,并对投种过程进行了高速摄像分析,验证了理论分析的合理性。建立了型孔长度与排种器相关参数间的限制关系式,分析表明合理选择排种器设计参数,能够保证种子不与型孔另一边壁发生碰撞,实现顺利投种。

机械式排种器同步柔性皮带护种器的设计

针对机械式排种器中的固定板(带)式护种器伤种率高、机加工复杂、安装要求严格和不易更换等问题,设计出一种同步柔性皮带护种器。对其结构进行设计,并对同步理论和皮带对种子最大支撑力进行了分析,导出同步的临界条件和影响同步效果的因素,皮带对种子的最大支撑力远远小于种子自身的破坏力。通过试验表明,利用同步柔性皮带护种器比传统固定板式护种器减少种子的破碎率0.5%以上,有利于节约种子,提高种子的出芽率。

基于滑板压秆旋切式防堵装置的秸秆摩擦特性研究

结合被动式防堵装置和动力驱动式防堵装置的优缺点,开发了一种新型的滑板压秆旋切式防堵装置。针对秸秆能否顺利通过滑板压秆旋切式防堵装置主要涉及滑板与秸秆的摩擦系数及土壤与秸秆的摩擦系数的问题,该研究以华北一年两熟区主要粮食作物小麦和玉米的秸秆为研究对象,试验对比了Q235钢、不锈钢、木板和塑料4种不同滑板材料及含水率分别为10%、12.5%和15%的3种土壤对秸秆摩擦系数的影响;考虑免耕防堵装置作业时秸秆的状态,秸秆接触角度和秸秆接触部位也作为摩擦系数的影响因素。试验结果表明,滑板材料与玉米和小麦秸秆的摩擦系数分别满足:Q235钢>不锈钢=塑料>木板,不锈钢>Q235钢>木板>塑料,单因素分析表明滑板材料和秸秆接触角度对滑板与玉米和小麦秸秆之间的摩擦系数影响均显著;含水率12.5%和15%的土壤与玉米秸秆的摩擦系数分别比含水率10%的土壤高0.08和0.09,差异显著,秸秆部位和秸秆接触角度对土壤与玉米和小麦秸秆之间的摩擦系数影响均显著;双因素分析表明,滑板与玉米秸秆的摩擦系数受滑板材料和秸秆部位及滑板材料和接触角度之间交互作用的影响,滑板与小麦秸秆的摩擦系数受秸秆部位和接触角度之间交互作用的影响,土壤与玉米秸秆的摩擦系数受秸秆部位和接触角度之间交互作用的影响;三因素分析表明各因素之间不存在交互作用;处理玉米秸秆时滑板材料宜采用Q235钢,处理小麦秸秆时滑板材料宜采用不锈钢材料。该研究为免耕防堵装置的设计提供了参考。

气送式水稻施肥机输肥装置气固两相流仿真分析

通过计算流体动力学和离散元法耦合的方法对气送式水稻施肥机的气体肥料混合腔进行气固耦合数值研究。在数值模型中,使用EDEM软件模拟肥料颗粒,ANSYS Fluent软件描述气体相。通过研究混合腔喉部面积、喉部长度、气体入口压力和肥料排出速率的影响,分析气体和肥料的运动规律。模拟结果表明,2型喉管的气体肥料混合腔断面性能良好,喉部压力损失较小,气流速度最快。喉部面积和气流入口压力主要影响气流出口速度和混合腔轴向方向的肥料颗粒速度,肥料颗粒的移动受混合腔喉部长度和肥料进料速率的影响较小。喉部截面积的增加导致气流速度和压力损失在一定范围内下降。随着气流入口压力的增加,肥料所受合力和肥料颗粒速度均增加,适宜的气流入口压力为450~550 Pa。结果表明,CFD-EDM耦合方法作为理解气流场中肥料颗粒运动规律的分析工具是可靠的,基于CFD-EDM耦合方法的肥料颗粒运动的数值模拟可为水稻侧深施肥装置的开发提供理论依据。该研究得到的优化后气体肥料混合腔结构参数及气动参数,对现有气送式水稻施肥机输肥装置的优化改进具有指导意义。

天然草场改良用振动式间隔松土机作业机理

为了提升草地振动式间隔松土机的作业性能,需要对机具的作业机理进行研究。通过对机具的工作单体进行运动仿真分析,探讨了松土部件在强迫振动作用下对草耕层土壤的破碎机理。通过分析得出松土部件的工作过程为切削土壤和抛起土壤两个交替作用的阶段,在松土作业过程中,松土部件既有挤压松土又有振动松土,土垡因受剪切、弯曲和拉伸等作用得到松碎,松土部件产生与松土铲切削方向呈一定角度的振动有利于土壤疏松和降低机具的牵引阻力。

绿色植物靶标的光谱探测研究

利用植物和背景(枯枝、土壤等)的光谱特性"红边"两侧反射率的差异,研究了探测绿色植物靶标的光谱探测技术。定义850与650nm处反射率的比值为植物判别指数(GPDI)。用FieldSpec Handheld2500型野外便携式光谱仪测量了绿色植物和背景的光谱数据,对其进行数据处理,计算各被测物质的植物判别指数GPDI。利用决策树模式识别方法建立植物与背景的分类模型,得到了GPDI阈值(GPDITH),选择此阈值为5.54。当GPDI>GPDITH时,判别探测对象为植物;反之亦然。设计开发了基于AT89S51单片机和光电二极管OPT101的绿色植物光谱探测器。试验结果表明,此探测器的探测率受杂草的种类、大小和密度的影响;阔叶草比窄叶草更易探测到;植株越大、密度越高,探测率越高。

水田风送施肥参数检测试验台设计与试验

水田侧深施肥田间试验受插秧作业季短、作业性能不稳定等多种因素影响,而传统室内土槽无法进行风送式水田施肥试验,设计了一种可进行风送水田施肥排肥参数检测的试验台。试验台主要由机械部分、测控部分、风送排肥部分和软件部分组成。综合采用自动控制技术、多传感器技术和液压传动技术模拟水田工况,实现风送排肥过程中风压、风速等参数实时采集和显示,可灵活控制排肥轮转速和转停频率。试验台性能验证试验表明,试验台行进速度可在0~1.62 m/s内调节,误差1.5%;输肥气流速度在0~30 m/s之间,满足风送排肥需求;排肥系统最大排肥变异系数为5.79%,施肥效果良好。对该试验台进行侧深施肥系统测试,结果表明,对施肥均匀性变异系数的影响因素由大到小依次为:排肥轮转速、台车前进速度、风机风速。试验台能够在实验室环境进行风送式水田施肥机构参数检测,缩短了水田风送施肥关键部件的研发周期,为实现水田施肥智能控制打下基础。

基于Creo Parametric的新型防堵装置运动仿真

结合被动式防堵装置和动力驱动式防堵装置的优缺点,开发了一种新型的滑板压秆旋切式防堵装置,并分析了该防堵装置的结构和工作原理。同时,采用Creo Parametric软件建立了三维几何模型,并通过Creo Parametric软件的机构模块对关键部件进行了干涉和运动仿真分析。通过分析确保该装置各部件之间不存在干涉,并得到其关键部件旋切平面刀端点的速度、速度X方向分量、速度Y方向分量及加速度、加速度X方向分量和加速度Y方向分量随时间的变化规律,旨在为滑板压秆旋切式防堵装置的结构优化提供科学依据。

基于超声波传感器的小麦追肥精准评估系统研究

针对小麦追肥作业过程中开沟器易损苗伤根、追肥位置准确性无法评估的问题,基于超声波传感器设计了小麦追肥精准评估系统,提出一种基于超声波传感器阵列交叉探测小麦追肥行的方法,实时评估追肥机具作业精度。系统由作业轨迹检测部分、数据采集部分和数据分析评估部分组成,依靠安装在追肥机具上的超声波传感器交叉扫描小麦追肥行,检测追肥机具作业轨迹。采集器实时采集超声波传感器数据,记录追肥机具作业轨迹,采用阈值滤波算法对异常数据进行筛选和剔除,利用卡尔曼滤波算法最优估计当前时刻电压,根据目标电压和最优估计电压计算追肥机具偏移距离,进行追肥机具作业精度评估。田间试验结果表明:追肥机具作业速度为3~4 km/h时,评估系统能够准确检测出追肥机具作业精度,偏移误判率为9%,最大误差距离为3.15 cm,误差距离在2 cm之内的占比超过90%,标准差均值为2.10 cm,与实际作业情况相符。本评估系统可以实现在小麦追肥作业过程中,实时对追肥机具作业精度量化评估,为小麦精准对行追肥作业精度评价提供了一种新的测量手段。

大豆田间杂草的光谱识别研究

精确施药的关键是快速正确识别杂草。为此,利用ASD野外便携式光谱仪,在田间测量了大豆、马唐和稗草植株冠层在350～2 500nm波长内的光谱数据,经过数据预处理,数据分析波长选为350～1 300nm和1 400～1 800 nm。数据处理采用支持向量机(SVM)模式识别方法 ,用线性、多项式、径向基和多层感知核函数对大豆和杂草建立二分类模型。结果表明:三阶多项式核函数SVM分类模型的正确识别率最高,达到85%以上,且支持向量比例较小;以二分类模型为基础,利用投票机制建立了大豆、马唐和稗草的一对一多分类SVM模型,正确识别率达83%;田间光谱测量受光照、背景和仪器测量精度等条件的影响较大,但结果仍表明SVM结合光谱技术在田间杂草识别中的应用潜力很大。此研究为田间杂草识别及传感器的建立提供了研究思路和应用基础。

农机作业监管信息化技术应用与展望

农业信息化是现代农业的重要标志,是现代农业发展的重大技术支撑,是农业信息获取、传输、存储、处理、反馈与控制的综合体现。农业机械是现代农业实施规模化生产的主要工具,以卫星导航定位技术为主导的农机装备自动化、信息化、智能化是未来农机装备发展的重要趋势。信息化技术在农机上的应用实现了全程机械化作业的在线化、数据化,对加速改造提升和优化传统农业产业,促进培育信息化、智能化新兴农业产业和现代农业装备产业发展具有重大意义。

采用主成分分析法寻求重金属污染源位置

针对寻找重金属污染源的位置问题,利用标准差体现数据离散程度的性质,对重金属元素的分布情况进行分析,并运用主成分分析法,建立了一个确定污染源的数学模型.通过对收集数据的处理,可以方便而快捷地找出重金属污染源.

土壤改良剂变量撒施控制系统设计

为了提高土壤改良剂的利用效率,降低土壤改良成本,设计了针对土壤改良剂的变量作业系统。重点研究开发了外槽轮式土壤改良剂撒施机构的液压驱动与电控系统;构建了控制系统的数学模型,通过数字仿真对控制参数进行了整定;对液压转速控制系统性能进行了测试。结果表明,该系统的实际控制效果可以满足土壤改良剂变量撒施的精度要求。

槽轮结构参数对直槽轮式排肥器排肥性能的影响

外槽轮排肥器是实施精准变量施肥过程中的关键控制载体,为了探寻外槽轮的凹槽截面形状和参数设置对排肥器排肥性能的影响规律,该文运用离散元仿真技术、3D快速成型技术以及正交试验,以直槽轮式排肥器作为研究对象,分析了槽轮半径、凹槽数目、有效工作长度以及凹槽截面形状4个因素对排肥性能的影响。选用排肥均匀度变异系数作为评价指标,设置排肥器的前进速度0.5 m/s,工作高度500 mm,槽轮转速20 r/min,对4个影响因素进行交互判断试验,试验结果表明,槽轮半径与凹槽数目之间存在一定的交互作用。根据交互作用判别结果选用L18(37)标准正交表进行仿真试验,试验结果表明,影响排肥性能的主次因素依次为凹槽数目>槽轮半径>有效工作长度>槽轮半径×凹槽数目>凹槽截面形状,其中凹槽数目对排肥性能具有非常显著影响,槽轮半径对排肥性能具有显著影响,最佳结构参数组合是槽轮半径30 mm,凹槽数目7个,有效工作长度20 mm和凹槽截面形状为圆弧形,此水平组合下的排肥均匀度变异系数为1.75%,为了检验结构参数对直槽轮排肥性能影响的仿真试验结果,进行最优结构与参数组合下的直槽轮排肥器台架试验,试验结果显示,排肥均匀度变异系数为5.48%,仿真试验结果和实测结果基本吻合,说明应用离散元仿真技术开展排肥性能的影响因素分析研究是可行的。该研究结果可为直槽轮排肥器的槽轮结构参数优化及提升其排肥性能提供参考。